紅外通信協(xié)議及原理精講

 紅外通信是利用近紅外波段的紅外線(xiàn)作為傳遞信息的媒體，即通信信道。發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào)，通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。接收端將接收到的光脈轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，還原為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)后輸出。常用的有通過(guò)脈沖寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈寬調(diào)制(PWM)和通過(guò)脈沖串之間的時(shí)間間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈時(shí)調(diào)制(PPM)兩種方法。 簡(jiǎn)而言之，紅外通信的實(shí)質(zhì)就是對(duì)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)，以便利用紅外信道進(jìn)行傳輸;紅外通信接口就是針對(duì)紅外信道的調(diào)制解調(diào)器。

紅外協(xié)議棧

自1993年起，由HP、COMPAQ、INTEL等多家公司發(fā)起成立了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)(Infrared Data Association,簡(jiǎn)稱(chēng)IRDA)，建立了統(tǒng)一的紅外數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)(IRDA)成立后，為了保證不同廠(chǎng)商的紅外產(chǎn)品能夠獲得最佳的通信效果，紅外通信協(xié)議將紅外數(shù)據(jù)通信所采用的光波波長(zhǎng)的范圍限定在850至900nm之內(nèi)。一年以后，第一個(gè)IRDA的紅外數(shù)據(jù)通訊標(biāo)準(zhǔn)——IrDA1.0發(fā)布，又稱(chēng)為SIR(Serial InfraRed)，它是基于HP開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種異步的、半雙工的紅外通信方式。通過(guò)對(duì)串行數(shù)據(jù)脈沖和光信號(hào)脈沖編解碼實(shí)現(xiàn)紅外數(shù)據(jù)傳輸。IrDA1.0的最高通訊速率只有115.2Kbps，適應(yīng)于串行端口的速率。

1996年，該協(xié)會(huì)發(fā)布了IrDA1.1標(biāo)準(zhǔn)，即Fast InfraRed，簡(jiǎn)稱(chēng)為FIR。FIR采用了全新的4PPM調(diào)制解調(diào)技術(shù)，其最高通訊速率達(dá)到4Mbps，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是目前運(yùn)用得最普遍的標(biāo)準(zhǔn)，我們?cè)诓少?gòu)紅外產(chǎn)品時(shí)也應(yīng)注意這標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。繼IRDA1.1之后，IRDA又發(fā)布了通訊速率高達(dá)16Mbps的VFIR技術(shù)(Very Fast InfraRed)。不斷提高的速率使紅外線(xiàn)使它在短距無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域占有一席之地，而不僅是數(shù)據(jù)線(xiàn)纜的替代。紅外線(xiàn)的傳輸距離為1~100CM，傳輸方向的定向角30度，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

IrDA標(biāo)準(zhǔn)都包括三個(gè)基本的規(guī)范和協(xié)議：紅外物理層連接規(guī)范IrPHY(Infrared Physical Layer Link Specification)、紅外連接訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議IrLAP(Infrared Link Access Protoco1)和紅外連接管理協(xié)議IrLMP(Infrared Link Management Protoco1)。IrPHY規(guī)范制訂了紅外通信硬件設(shè)計(jì)上的目標(biāo)和要求;IrLAP和IrLMP為兩個(gè)軟件層，負(fù)責(zé)對(duì)連接進(jìn)行設(shè)置、管理和維護(hù)。在IrLAP和IrLMP基礎(chǔ)上，針對(duì)一些特定的紅外通信應(yīng)用領(lǐng)域，IrDA還陸續(xù)發(fā)布了一些更高級(jí)別的紅外協(xié)議，如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran-P和IrBus等等。

IrDA的協(xié)議堆可以劃分成兩部分：核心協(xié)議和可選協(xié)議。

IrDA的核心協(xié)議包括：物理層協(xié)議、鏈路接入?yún)f(xié)議、鏈路管理協(xié)議和服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議。核心協(xié)議完成對(duì)物理傳輸媒介的監(jiān)測(cè)與控制，發(fā)現(xiàn)設(shè)備，可靠的數(shù)據(jù)鏈路的建立與維持，高層數(shù)據(jù)包的適配，不同協(xié)議數(shù)據(jù)的復(fù)用與流量控制。

IrPHY IrDA Physical Layer

在物理的連接上用紅外線(xiàn)通訊的硬件規(guī)格。這個(gè)規(guī)定中制定IrDA通訊上的規(guī)格，通訊距離，角度，速度，數(shù)據(jù)的調(diào)制方式，脈沖寬度等。還有對(duì)光雜波等的周?chē)h(huán)境的體制的指導(dǎo)路線(xiàn)。

IrLAP IrDA Link Access Protocol

關(guān)于通訊保護(hù)層的數(shù)據(jù)鏈路的規(guī)格。這項(xiàng)規(guī)格檢索通訊對(duì)方，決定轉(zhuǎn)發(fā)速度，數(shù)據(jù)容量，窗口尺寸。采用根據(jù)HDLC(High-level Data Link Control)框架的半雙工。制定了底層連接建立的過(guò)程規(guī)范，描述了建立一個(gè)基本可靠連接的過(guò)程和要求。

IrLMP IrDA Link Management Protocol

提高各種上面階層用IrLAP通訊的效率的管理保護(hù)層。是關(guān)于連接的多層化和部分信息，實(shí)行邏輯的廉潔，以免復(fù)數(shù)的程序互相干擾，實(shí)現(xiàn)同時(shí)的通訊。制定了在單位個(gè)IrLAP連接的基礎(chǔ)上復(fù)用多個(gè)服務(wù)和應(yīng)用的規(guī)范。在IrLMP協(xié)議上層的協(xié)議都屬于特定應(yīng)用領(lǐng)域的規(guī)范和協(xié)議。

Tiny TP IrDA Transport Protocol

關(guān)于控制流程的規(guī)格。管理每個(gè)邏輯的接連點(diǎn)，控制流程。為了處理數(shù)據(jù)鏈路的容量以上的數(shù)據(jù)，分割發(fā)送的數(shù)據(jù)，構(gòu)成收到的數(shù)據(jù)。制定把數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分、重組、重傳等的機(jī)制。

LSAPLocal Security Authority Process

鏈路服務(wù)接入點(diǎn)，定義在 IEEE 802.2中的邏輯鏈接控制(LLC)域，是標(biāo)識(shí)符域來(lái)指定數(shù)據(jù)類(lèi)型。LSAP包括目的地服務(wù)接入點(diǎn)(DSAP)和源地服務(wù)接入點(diǎn)。

IrCOMM Infrared Communication Protocol

關(guān)于串行通訊的程序保護(hù)層。仿真 Serial port(RS232C)和 Parallel port，允許已存在的使用串口/并口通信的應(yīng)用(例如打印程序、通訊程序)象使用串口/并口那樣使用紅外進(jìn)行通信。通過(guò) IrComm，可以使用計(jì)算機(jī)和配置紅外的移動(dòng)電話(huà)連接到 Internet 服務(wù)提供商或發(fā)送傳真，而無(wú)需使用其他設(shè)備。

IrOBEX Infrared Object Exchange Protocol

轉(zhuǎn)送IrDA保護(hù)層上工作的對(duì)象(例如通訊簿vCard、日程/計(jì)劃/事件vCalendar、郵件/短信vMessage、備忘錄/鈴聲/圖片vNote、URL/書(shū)簽vBookmark、可執(zhí)行程序觸發(fā)vTrigger)的規(guī)格。用標(biāo)頭統(tǒng)一對(duì)象的屬性，實(shí)現(xiàn)所有的機(jī)器之間的轉(zhuǎn)送對(duì)象。

IrTran-P Infrared Transfer Protocol

用紅外線(xiàn)通訊的圖像通訊保護(hù)層。圖像文件的格式采用UPF。IrTran-P 圖像傳輸協(xié)議用于數(shù)字照相機(jī)和其他數(shù)字圖像捕獲設(shè)備。使用該功能可以通過(guò) IrDA 連接將來(lái)自照相機(jī)或其他支持 IrTran-P 的設(shè)備的數(shù)字圖像接收到計(jì)算機(jī)。IrTran-P 服務(wù)作為受理服務(wù)執(zhí)行，它從不初始化 IrTran-P 連接。

IrMC Infrared Mobile Communication

可移動(dòng)通訊終端器的交換對(duì)象功能的定義。

基于OBEX，可提供以下數(shù)據(jù)交換功能：

1、轉(zhuǎn)送地址薄，日歷，電子郵件，筆記等，規(guī)定對(duì)象的格式;

2、手機(jī)數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù);

3、手機(jī)和PC間的數(shù)據(jù)同步功能。

基于IrComm可實(shí)現(xiàn)DialUp功能，例如通過(guò)GPRS實(shí)現(xiàn)手機(jī)的撥號(hào)上網(wǎng)。

HandsFree機(jī)能，支持在手機(jī)和PC或車(chē)載設(shè)備間實(shí)現(xiàn)call control和audio transfer機(jī)能。

IrFM Infrared Financial Messaging

采用IrDA的電子結(jié)賬用的應(yīng)用保護(hù)層。是獲得IrDA認(rèn)可的紅外付費(fèi)服務(wù)的全球標(biāo)準(zhǔn)，IrFM規(guī)定了現(xiàn)有信用卡及其他電子付費(fèi)系統(tǒng)的兼容標(biāo)準(zhǔn)。

IrLAN Infraed LAN

決定紅外線(xiàn)LAN連接的應(yīng)用保護(hù)層。通過(guò) IrLAN，可以在計(jì)算機(jī)與其他計(jì)算機(jī)或其他紅外設(shè)備之間建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，也可以在計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)之間建立連接。允許通過(guò)紅外局域網(wǎng)絡(luò)喚醒筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備，實(shí)際遠(yuǎn)程搖控等功能。

IrSC Infrared Simple Connect

IrSimple是用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速通信、并通過(guò)簡(jiǎn)單和標(biāo)準(zhǔn)化的模塊降低客戶(hù)開(kāi)發(fā)成本的國(guó)際協(xié)議。IrSimple可以實(shí)現(xiàn)靜態(tài)圖像和視頻影像從手機(jī)到打印機(jī)或電視的瞬時(shí)傳送，達(dá)到至少4到10倍更快的資料傳輸速率。